组合荷载作用下平板锚承载能力的数值预测

为预测组合荷载作用下平板锚的承载力,假设锚-土之间不脱离,在ABAQUS下建立了法向力、切向力和弯矩共同作用的平板锚运动变形数值模型。与极限理论解对比,证明了上述数值模型的正确,并利用其计算了法向力、切向力和弯矩组合荷载作用下板锚的极限承载力,利用Murff模型拟合了组合荷载作用下板锚的极限承载力包络面。结果表明,Murff模型能较好地拟合组合荷载作用下板锚的极限承载力包络面。     

十字盘钢管脚手架节点抗弯性能研究

文章通过试验研究和有限元数值模拟相结合的方法,分析了60型十字盘脚手架的连接节点在弯矩荷载作用下的应力、应变发展规律,讨论了节点的抗弯性能和构件传力机理等关键问题。根据节点在逐渐增大的弯矩荷载作用下的变形发展规律,结合有限元模型的计算结果,确定了十字盘脚手架在工程应用中节点承受弯矩荷载的控制值。采用节点连接半刚性理论中的线性计算模型,在文中确定的节点弯矩控制值范围内,对节点抗弯试验中所得的弯矩-转角数据关系进行了拟合,计算得到60型十字盘节点的抗弯刚度值。     

透榫节点的受弯性能

对透榫节点进行单调加载试验,获得其弯矩-转角关系曲线以及破坏形态,并运用有限元软件ABAQUS对榫头的变形状态和应力分布进行数值模拟.结合试验研究和数值模拟,建立了节点弯矩-转角关系的简化力学模型.研究结果表明:透榫节点正、反向加载时的破坏形态分别为榫头变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧的受弯破坏;节点正向加载时的受弯承载力和极限转角小于反向加载时的受弯承载力和极限转角;节点的抵抗力矩主要由小出部位与卯口之间的相互作用来提供;榫头上侧缝隙对节点的初始滑移段影响显著;节点正、反向加载时的弯矩-转角关系均可简化为三折线模型.     

节点刚度对铝合金板式节点网壳稳定性能的影响

本文提出了考虑铝合金板式节点半刚性的杆件单元力学模型,建立了考虑铝合金板式节点试验弯矩-转角曲线关系的网壳结构数值模型,并通过数值算例进行验证.数值计算结果表明,铝合金板式节点半刚性特性显著降低了网壳结构的承载力.进一步的参数分析表明,结构跨度对网壳稳定承载力的影响最大,荷载分布模式和支撑条件对网壳稳定承载力的影响较小.     

半连续组合梁的抗弯和转动性能

为研究半连续组合梁结构的力学性能,进行了两榀足尺半刚性连接组合框架试验,分析了梁端节点弯矩承载力和极限转角,组合梁的曲率、挠度和正负弯矩区截面弯矩承载力。通过试验结果与理论、规范比较,考察了不同荷载水平作用下半刚性连接对组合梁性能的影响。研究表明:半连续组合梁比简支或连续组合梁要经济合理;梁端半刚性连接对组合梁承载力和挠度有较大影响,在组合梁设计时须考虑端部节点特性;钢梁下翼缘屈服对组合梁挠度计算有一定影响。     

钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点弯矩-转角骨架曲线影响因素

目的分析不同因素对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点弯矩-转角骨架曲线的影响,确定影响节点"强柱弱梁"屈服机制的重要因素,为该种节点的设计提供参考.方法设计了24个钢材屈服强度、含钢率等参数不同的节点,采用有限元软件模拟了全部节点在低周往复荷载作用下的受力过程,分析了不同参数对弯矩-转角骨架曲线的影响,模拟前采用已有文献试验结果验证了模拟方法.结果钢材屈服强度、含钢率和梁柱线刚度比的增大,该种节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度明显增大;轴压比对节点弯矩-转角骨架曲线影响很小;加强环板宽度增加,对节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度提高幅度不大;距离和孔间距增大或开孔率减小,节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度有所增加,但增加幅度不大,并且增加程度在非弹性阶段更为明显.结论开孔率、距离和孔间距是引起该种节点更容易实现"强柱弱梁"屈服机制的重要因素,影响程度开孔率最大、孔间距最小.     

基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法

为了准确、高效地评估输电塔半刚性节点的力学特性,提出了一种基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法,通过引入代理模型方法近似半刚性节点几何尺寸与极限抗弯承载力、初始转动刚度之间的函数关系,建立具有较高精度的预测模型,进而结合Kish-Chen幂函数模型拟合输电塔半刚性节点的弯矩-转角曲线。结果表明,提出的基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法能减少实验和数值模拟的成本,较好地模拟输电塔半刚性节点实际受力-变形情况,为输电塔半刚性节点的工程设计和理论研究提供了参考。     

高温下钢筋混凝土梁-柱节点的力学性能演化机制

为研究钢筋混凝土框架梁?柱节点的火灾行为及其相互约束作用随温度的变化规律,开展了荷载?高温耦合作用下的钢筋混凝土框架梁升降温全过程的结构试验。在试验的基础上采用VULCAN程序进行了恒定荷载作用下框架梁单独受高温、梁?柱同时受高温,梁?柱节点弯矩?转角关系的火灾响应数值分析。结果表明,钢筋混凝土框架梁?柱节点的转动约束强度随温度的升高而降低,梁?柱节点转角峰值相较于弯矩峰值具有滞后效应。     

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个"弱节点"试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服"拉力带"和核心区混凝土"斜压杆"机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.     

装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点的力学性能试验研究

为深入研究装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点力学性能,进行了3个十字形1/2缩尺比例节点试件在低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式、滞回性能、刚度退化、节点核心区剪切变形、弯矩-转角关系曲线等进行了分析.研究结果表明,在低周往复荷载作用下节点的破坏模式主要表现为对穿螺栓被拉断,外伸端板屈曲,柱壁凹屈,柱壁间连接焊缝断裂;上段柱对穿螺栓往复滑移造成的塑性变形集中在柱壁及外伸端板区域并形成塑性铰,节点具有一定的耗能能力,受对穿螺栓贯穿柱壁连接效应影响,在往复荷载作用下出现"对称凹屈"现象;随内套筒厚度增加,节点核心区剪切变形减小,抗剪刚度增加;节点具有一定的转动刚度,表现出半刚性节点性质.提出的装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点可以实现上柱与下柱、梁与柱全装配式连接.     

高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线数学模型

为预测高强钢端板连接节点在常温、火灾下及火灾后的弯矩-转角曲线,以四参数指数模型为基础,基于组件法和等效T型连接,提出了初始刚度、屈服后刚度和抗弯极限承载力的计算方法,将计算结果代入四参数指数模型得到预测高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线的方法;与足尺试验中Q690和Q960高强钢端板连接节点在常温、火灾下及火灾后的共10组试验结果进行对比。结果表明,抗弯极限承载力的计算结果与试验值较吻合,其中Q960的相对误差在5%以内,初始刚度的计算结果比欧洲钢结构设计规范(EN 1993—1-8)的结果更接近试验值,预测的Q960高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线与试验结果吻合,而Q690预测结果偏于安全。     

组合荷载作用下裙式吸力基础承载特性数值分析

采用数值模拟的方法,对等质量下裙式吸力基础和传统吸力基础组合荷载作用下的承载特性进行分析,探讨主桶高度、裙高度以及裙宽度的变化对基础竖向承载力、水平承载力、弯矩承载力以及组合承载力的影响,得到了基础荷载位移关系曲线及周围土体隆起范围,分析了隆起的影响因素。研究发现裙的宽度是竖向承载力的主控因素,而主桶高度及裙高度是水平承载力和弯矩承载力的主控因素,并得到了组合荷载下吸力基础破坏包络线及其公式。研究成果可供工程设计参考。     

钢结构集成模块建筑新型节点力学性能研究

为推广钢结构集成模块建筑在抗震设防地区的应用,解决传统节点不能与模块内部装修配合的技术困难,提出一种应用于钢结构集成模块建筑的螺栓-封板组合节点.建立了其简化力学模型,推导了其初始转动刚度和抗弯承载力计算公式,并通过11个足尺试件的单调加载和循环加载试验对其进行验证.结果表明,上部模块地板梁和下部模块天花板梁无组合效应,独立承担弯矩;所提螺栓-封板组合节点为半刚接节点,可有效传递地震作用引起的轴力、弯矩和剪力;节点初始转动刚度和抗弯承载力的试验结果与所提计算公式吻合较好,验证了节点简化力学模型和理论计算公式.     

循环荷载作用下海上风机桶形基础力学响应数值分析

对于循环荷载作用下黏土地基上桶形基础的力学响应进行了比较系统的三维有限元分析.在分析中,采用组合硬化模型模拟不排水条件下黏土的动态行为.首先对黏土地基上浅基础的离心模型试验进行了有限元模拟,数值计算结果与模型试验比较吻合,从而表明采用组合硬化模型来描述循环荷载条件下黏土的不排水力学响应是可行的.然后探讨了桶土界面接触情况及黏土强度的非均质性对于桶形基础在位移控制加载模式下的力学响应的影响,揭示了不同长径比的桶形基础地基在不同幅值循环荷载下的失稳破坏机制.进而初步分析了3.5MW海上风机桶形基础在风、波浪荷载联合作用下的位移发展规律.计算结果表明,在小幅值循环加载时,反力弯矩与转角之间的关系曲线接近于弹性响应,而在较大幅值循环加载时,其关系曲线形成了明显的滞回圈,且滞回圈的形状与界面接触情况有关;长径比较小的基础设计在承载力方面满足要求,但是其在一定次数循环荷载作用下基础顶面中心的转角已超过允许值.     

带空隙透榫节点弯矩-转角关系理论分析

为研究带空隙的典型不对称榫卯节点——透榫节点的弯矩-转角关系,构建了节点的埋置嵌压作用力学模型.通过建立平衡方程、物理方程及几何关系,推导了节点的弯矩-转角理论计算公式,并与试验结果进行了对比,分析表明:理论计算结果与试验结果吻合较好.进一步定量分析了空隙g以及摩擦因数μ对节点弯矩和初始转动刚度的影响,结果表明:随着空隙g的增大,透榫节点正反向初始转动刚度均逐渐减小,且与空隙g基本呈线性变化;正反向加载情况下,透榫节点弯矩和转动刚度均随摩擦因数的增大而逐渐增大,尤其在节点屈服后表现更加突出;节点间空隙是节点弯矩和转动刚度的主要影响因素,摩擦因数对节点弯矩和转动刚度的影响略小于空隙的影响.所得结果可为古建筑木结构的加固保护提供理论依据.     

装配式钢牛腿偏心受压力学性能试验与有限元分析

装配式钢牛腿,因其结构简单、安装方便、使用安全得到广泛肯定.针对一种新型装配式钢牛腿开展研究.考虑肋板厚度、偏心距、锚板类型,进行了4个不同形式的装配式钢牛腿的偏心受压力学试验.测定了钢牛腿节点的荷载-变形曲线、应力分布状态、极限强度,观测其破坏形式,建立了有限元模型,分析研究了荷载-变形关系和节点弯矩-转角关系.结果 表明:钢牛腿节点呈现出半刚性节点特征.牛腿有两种破坏形式,当锚板无支撑保护时,锚板在牛腿还未达到极限承载力时先屈曲破坏;当锚板有支撑保护时,牛腿的极限承载力取决于螺栓的抗剪强度.从应力分布上对比发现,结构刚度突变处应力集中.连接处的焊缝质量和螺栓的材质是受力的关键,改善它们将极大地提高节点的承载能力.钢牛腿肋板厚度越大,极限承载力越大;偏心距越小,极限承载力越大.节点的初始刚度随肋板的加厚小幅增加,偏心距对节点初始转动刚度影响效果不明显,侧板与锚板安装间隙过大会降低节点刚度,应尽可能减少制作误差.     

钢结构半刚性连接弯矩-转角关系模型研究

承受弯矩作用的钢结构半刚性节点可离散为两端通过刚性体连接的细观单元并联体,而细观单元体则假定为理想弹脆性体,定义单元体失效数目与总数目之比为损伤变量,根据平衡条件和损伤力学理论,导出了半刚性节点单调受弯时的损伤本构关系模型,分析得出的弯矩-转角关系式仅与节点的初始刚度、极限弯矩及相应的转角有关,该式能反映半刚性节点本构关系的非线性特征,而且与已有试验结果吻合良好.     

钢-混凝土组合脊骨梁极限承载力试验研究

通过全过程加载试验和空间有限元分析,探讨了带波形钢腹板悬臂挑梁的组合脊骨梁在单调荷载作用下的受力全过程、破坏模式、变形特征、抗弯承载力和极限状态,并确定其主要受力的特征值;根据试验现象、荷载-位移(应变)关系、混凝土板剪力滞效应的分析,总结出组合脊骨梁正、负弯矩截面在材料屈服前、后的受力特点和变形特征;在此基础上推导出组合脊骨梁的抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好.     

节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点传力机理研究

为研究节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点的传力机理,文章采用基于纤维模型的有限元软件SeismoStruct开展数值模拟分析,建立了该种新型钢管混凝土柱-梁节点的三维简化模型,模拟节点低周反复荷载作用下滞回曲线并与试验结果进行对比,结果表明,数值模拟分析结果与节点低周反复荷载试验结果拟合良好.在验证简化节点模型正确性的基础上,对框架梁的弯矩分布、环梁的扭矩与弯矩分布进行研究,总结了节点区钢管不贯通式环梁节点的弯矩传导机理.研究表明,该新型节点的弯矩传导主要集中在框架梁轴方向,传力机制较节点区钢管贯通的节点型式直接、有效.     

竹集成材-钢填板螺栓节点受力性能研究

为研究梁柱式竹集成材-钢填板螺栓连接节点在弯剪复合作用下的受力机制及破坏模式，设计并制作了4组共12个梁柱螺栓节点试件，以梁柱间隙及螺栓布置为主要参数，对其进行单调加载试验．试验和计算结果表明：梁柱间隙对螺栓节点弯矩-转角曲线影响显著，当梁柱间隙为20 mm时，螺栓节点出现明显的平台段，考虑梁柱挤压区对承载力的正向作用，曲线出现二次增长现象；随着梁柱间隙的增加，初始刚度、峰值弯矩及延性系数等逐渐降低，破坏形态为梁端顺纹劈裂同时螺栓孔壁承压破坏，螺栓出现单铰屈服模式；基于视频图像相关性(VIC-3D)分析得到在加载过程中螺栓节点区域旋转中心不断变化，并给出了螺栓节点破坏发展过程；建立了梁柱节点初始刚度及预测的弯矩-转角曲线模型，具有较好的适用性．